基因組學分析揭示褐飛虱與體內(nèi)共生微生物的共生關系.pdf

1、昆蟲與微生物之間存在著密切的共生關系，宿主昆蟲能夠為共生微生物提供寄居的穩(wěn)定生境，而共生微生物則為宿主昆蟲提供生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)物質(zhì)以及提高宿主對環(huán)境的適應能力，兩者相互依存并共同進化著。褐飛虱（Nilaparvatalugens）是我國及東南亞水稻產(chǎn)區(qū)的主要害蟲，與大多數(shù)刺吸危害的其它半翅目昆蟲一樣，褐飛虱體內(nèi)也同樣存在著多種共生微生物。已有的研究表明了這些共生微生物在褐飛虱的營養(yǎng)代謝過程中可能具有十分重要的作用，是褐飛虱致害性產(chǎn)生

2、、爆發(fā)成災的重要原因之一。然而其共生機制并沒有從分子水平上得到很好的解釋，本論文從基因組和蛋白組數(shù)據(jù)分析入手，對褐飛虱體內(nèi)的共生微生物與宿主的共生關系以及共生菌自身的進化展開研究，所取得的主要結論如下:
　　(1)通過利用相近物種Arsenophonus nasoniae的基因組序列作為參考，成功地從褐飛虱整蟲基因組數(shù)據(jù)中篩選并拼接完成了褐飛虱共生細菌“CandidatusArsenophonus nilaparvatae”基因組

3、，其大小為2.96M，共注釋得到2，762個基因。通過對該基因組的分析，證實了該細菌是一種典型的次生共生細菌，并且發(fā)現(xiàn)其分泌系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)以及免疫防御等相關基因在進化過程中出現(xiàn)了基因丟失的現(xiàn)象;
　　(2)從褐飛虱體內(nèi)純化出類酵母共生菌(Yeast-like Symbiont，YLS)并結合了454測序和Illumina測序平臺，成功得到大小為26.8M的基因組，共預測得到7,155個基因。利用基因組進行系統(tǒng)發(fā)育分析，明確了褐飛虱

4、YLS的進化地位和物種分化時間。通過對該基因組的分析，發(fā)現(xiàn)其侵染相關基因以及有性生殖相關基因出現(xiàn)了丟失，闡述了共生真菌不同于共生細菌的進化模型。此外，我們對褐飛虱YLS進行了命名，拉丁名為“Entomomyces delphacidicola str.NLU”;
　　(3)基于對褐飛虱、共生真菌和共生細菌三者的基因注釋，發(fā)現(xiàn)類酵母共生真菌含有十種必需氨基酸合成通路上的所有基因，并且褐飛虱和共生真菌能通過巧妙的互補實現(xiàn)尿酸代謝循環(huán)途

5、徑，同時褐飛虱也可以利用真菌麥角甾醇合成通路中的中間體來合成自身生長發(fā)育所需的膽固醇。此外，共生細菌幾乎含有B族維生素合成所需的所有基因，推測其很有可能為宿主褐飛虱生長發(fā)育提供所需的維生素;
　　(4)通過結合質(zhì)譜和基因組數(shù)據(jù)，我們成功鑒定得到了褐飛虱共生真菌YLS中3個疑似胞壁蛋白的基因。然而利用酵母雙雜交技術并沒有篩選到能與這三個蛋白互作的褐飛虱相關蛋白。同時，質(zhì)譜還鑒定到眾多的分子伴侶蛋白，推測其可能在共生關系中扮演著重要的